西汉彩绘兵马俑是徐州汉文化的典型标志，于1984年在楚王陵西侧300米处被发现，是一支由六条兵马俑坑组成的庞大地下军阵，出土有步兵、车兵、骑兵、战马等各类陶俑5000余件。新馆建筑为局部两层，建筑面积6000平方米，新增添的“徐州汉代军事展厅”，使得游客在领略兵马俑发展历程、军阵布局、制作工艺等内容的同时，通过与秦兵马俑、汉阳陵兵马俑、咸阳杨家湾兵马俑的对比，更深入理解徐州兵马俑所具有的丰富时代内涵。汉兵马俑馆北侧100米（狮子潭内）新建有目前国内唯一的水下兵马俑博物馆。该馆为两个方形桷斗状建筑，借鉴汉代屋顶建筑形式，呈四坡面。展出的是复原的俑坑和精心修复的兵马俑。水下兵马俑馆与汉兵马俑馆共同为观众呈现了2000多年前大汉楚王所拥有的完整军阵和汉代发达的军事、经济、工艺奇迹与文明。